第一章：流体流动
1、何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？
2、何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？
3、流体静力学方程式有几种表达形式/他们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？
4、如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得测结果是否相同？
5、如何判断管路系统中流体流动的方向？
6、何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？
7、一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re将如何变化？ 8、何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 9、何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？
10、摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度ε/d的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失hf与流速u的一次方成正比？哪个区域的hf与u2成正比？光滑管流动时的摩擦损失hf与u的几次方成正比？
11、管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？
12、在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？
例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。
解：本题只要求出压差计油面向下移槽内油面相应下移的高度，即可求出排放
首先应了解槽内液面下降后压差计中化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度高度间的关系。
设压差计中油面下移h高度，槽内油
m1 H1 H D papa动30mm时，贮量。
h1R1 h指示剂读数的变与槽内油面下移
C 1-1附图
面相应下移H高
度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h后，油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h，而左侧水银面必上升h，故压差计中指示剂读数变为（R-2h），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h）。
当压差计中油面下移h后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m，再在右侧支管上找出等压面n（图中未画出m及n面），该两面上的表压强分别为：
pm?(H1?H?h)?0g （?0为油品密度） pn?h1?0g?(R1?2h)?Hgg 因pm?pn，由上二式得：
(H1?H?h)?0g= h1?0g?(R1?2h)?Hgg （1） 上式中第一项H1?0g?h1?0g?R1?Hgg （2） 将式（2）代入（1），并整理得： H?h(2?Hg??0)?0
取?Hg?13600kg/m3，将已知值代入上式：
0.03(2?13600?900)H??0.8767m
900即压差计右侧支管油面下移30mm，槽内液面下降0.8767m，油品排放量为：
?4D2H?0??4?32?0.8767?900?5574kg
例1-2 阻力损失与势能的消耗
高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变，水面上方的压强为4.095×104Pa（表压），管路直径为20mm，长度为24m（包括管件的当量长度），阻力系数为0.02，管路中装球心阀一个，试求：
（1）当阀门全开（??6.4）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍？ （2）假定?数值不变，当阀门关小（??20）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？ 解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式 解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式
upu gz1??1?gz2?2?2??hf
?2?2
???(gz1?2p122 1 P0 1 p1??2)?(gz2?p2?)
5m 2 1-4附图 2 u?u1??hf ?22若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即u1?0），则
uul ?gH??2?(???)2
??2d2??p02244.905?10gH?9.81?5?2u2?1000???3.1J/kg
l2421????1?0.02??6.4d0.022p0ul ?hf?(???)2?(24?6.4)?3.1?95J/Kg
d2u24.905?104或 ?hf???(?5?9.81)?3.1?95J/kg
?21000??
2?hfu222??l24???0.02??6.4?30.4（倍） d0.02此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。
（2）当?'?20时
44.905?10gH?9.81?5?2u'2?1000??2.2J/kg
l2421????'1?0.02??20d0.02p0u'24.905?104 ?h'f???(9.81?5?)?2.2?95.9J/kg
?21000??与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能减少了。 例1-3 虹吸管顶部的最大安装高度
利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段AB长5m，管段BC长10m（皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知90℃热水饱和蒸汽压为7.01×104Pa）
解：在断面1-1和2-2之间列机械能横算式，可求得管内流速
B B 22gH2?9.81?2u???1.62m/s
l15?0.02?d0.02设顶点压强pB?pV，在断面1-1和断面B-B 之间列机械能横算式，可求出B点最大安装高 度为
h Pa A 2 1 1 H?2m Pa
2
hmaxpapVlABu2???(1??) ?g?gd2gC
1-5附图
7.01?10451.622?(1?0.02?)??2.38m ?10.33?9.81?10000.0219.6虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB段）的阻力应尽可能小。 例1-4 使用同一水源各用户间的相互影响
从自来水总管引一支路AB向居民楼供水，在端点B分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC和BD的长度（包括管件的当量长度）各为100m、10m和20m，管径皆为30mm，直管阻力系数皆为0.03，两支路出口各安装 球心阀。假设总管压力为3.43×105Pa（表压）试求：
（1）当一楼阀门全开（??6.4），高度为5m的二楼能否有水供应？此时管路AB内的流量为多少？
（2）若将一楼阀门关小，使其流大流量为多少？
解：（1）首先判断二楼是否有水供定支路BD流量为零，并在断面A和1-1横算式
总 管 A C B D 2 2 5m 量减半，二楼最
1 1 应，为此，可假之间列机械能
1-4附图 2l?luu ?1?(?ABBC??)1
?2d2pA2pA/?2?3.43?105/1000 u1???2.42m/s
lAB?lBC100?100.03??6.4?1????10.03d在断面A与B之间列机械能横算式，得
2pBpAlABu13.43?1051002.422??(??1)??(0.03??1)??4.8m＜5m ?g?gd2g1000?9.810.032?9.81此结果表明二楼无水供应。此时管路AB内的流量为 qV?2?4d2u1?0.785?0.032?2.42?1.71?10?3m3/s
（2）设一楼流量减半时，二楼流量为qV2此时管段AB内的流速为
u?4(qV2?qV)2?4qV2?u1?1.414?103q?1.21
V22?d2?d2 管段BD内的流速为 u2?4qV2?d2?4qV2??0.032?1.414?103qV2
在断面A与2-2之间列机械能横算式
u2lABu2lu ?gz????(?BD???)2
?2d2d2pA323.43?105100(1.414?10qV2?1.21)?9.81?5?0.03??
10000.03222(1.414?103)2qV220 +(0.03? ?6.4?1)0.032 2.55?108qV2?3.42?105qV2?442.2?0
qV2?22?3.42?105?(3.42?105)2?4?2.55?108?442.22?2.55?108?8.07?10?4m3/s
对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或阻力，对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。 例1-5 提高流量分配均匀性的代价
在相同的容器1、2内，各填充高度为1m和8m的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为5m，管径皆为200mm，直管阻力系数为0.02，每支管安装一闸门阀，容器1和2的局部阻力系数各为10和8。
已知管路的总流量为0.3m3/s，试求： （1）当两阀门全开时，两支路的流量力损失。
（2）当两阀门同时关小至支路的流量比及并联管路的阻力损失有何
解：由物料守恒关系求得
u1?u2?1 2
B 比和并联管路的阻
?C??D?20时，两变化？
?4d2u1??4d2u2?qV
C D 4qV4?0.3??9.55 （1） 22?d3.1416?0.2A 1-5 附图
因并联管路阻力损失相等，有机械能
l???2??D2u 12?d
lu2???1??Cd（1）当两阀门全开
横算式得
u10.02?5/0.2?8?0.17??0.9 （2） u20.02?5/0.2?10?0.179.55?5.03m/s 1?0.9由式（1）、式（2）得 u2?